如何為工業(yè)控制和自動化應(yīng)用提供隔離數(shù)字輸入接口

如何為工業(yè)控制和自動化應(yīng)用提供隔離數(shù)字輸入接口摘要：本文介紹Corona(MAXREFDES12#)子系統(tǒng)參考設(shè)計如何為工業(yè)控制和自動化應(yīng)用提供結(jié)構(gòu)緊湊而簡單的隔離數(shù)字輸入接口。提供硬件和固件設(shè)計文件。工業(yè)控制、工業(yè)自動化、電機控制及過程自動化應(yīng)用領(lǐng)域常需要二進制/數(shù)字傳感器及開關(guān)，系統(tǒng)往往需要很多光耦來隔離傳感器通道。Corona(MAXREFDES12#)子系統(tǒng)參考設(shè)計提供可編程邏輯控制器(PLC)數(shù)字輸入模塊的前端接口電路，該序列化特性極大地減少了隔離光耦的數(shù)量。參考設(shè)計支持高壓輸入(最高達36V)，電源和數(shù)據(jù)隔離——全部集成在小尺寸封裝中。Corona設(shè)計集成一個八通道數(shù)字輸入電平轉(zhuǎn)換器/串行器(MAX31911)、數(shù)據(jù)隔離器(MAX14850)和用于隔離電源設(shè)計的H橋變壓器驅(qū)動器(MAX13256)。Corona數(shù)字輸入電路方案主要用于PLC、工業(yè)自動化、過程自動化和電機控制應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)字輸入模塊。圖1.Corona子系統(tǒng)設(shè)計方框圖特性

八路高壓輸入通道(最高36V)

片上8-1串行器，SPI接口

內(nèi)部5V穩(wěn)壓器

隔離電源和數(shù)據(jù)

小尺寸印制板(PCB)面積

器件驅(qū)動器

C語言源代碼示例

Pmod?兼容規(guī)格

應(yīng)用

樓宇自動化

PLC數(shù)字輸入模塊

工業(yè)自動化

電機控制

過程自動化硬件詳細說明

Corona(MAXREFDES12#)HardwarePmod規(guī)范允許3.3V和5V模塊有多種引腳分配。該模塊采用3.3V或5V電源工作，采用如圖所示的SPI引腳分配。表1顯示了電源要求，表2則展示了目前支持的平臺及端口。

表1.Corona子系統(tǒng)參考設(shè)計的電源要求PowerType

JumperShunt

PowerName

InputVoltage(V)

InputCurrent(mA,typ)

Isolatedpower

JU1:1–2

U3VCAA

3.3

19.4

5

27.2

U1VCC24V

12

13.6

24

14.5

Fieldpower

JU1:2-3

U3VCAA

3.3

19.4

5

27.2

U1VCC24V

12

8.2

24

8.2

表2.支持的平臺和端口SupportedPlatforms

Ports

Nexys??3platform(Spartan?-6)

JA1

ZedBoard??platform(Zynq?-7020)

JA1

Corona子系統(tǒng)為隔離、八通道、數(shù)字輸入電平轉(zhuǎn)換器/串行器。設(shè)計包括八通道數(shù)字輸入電平轉(zhuǎn)換器/串行器(MAX31911)、H橋變壓器驅(qū)動器(MAX13256)和6通道數(shù)字隔離器(MAX14850)。MAX31911(U1)是一款工業(yè)接口串行器，對24V傳感器的和開關(guān)的數(shù)字輸出進行電平轉(zhuǎn)換、調(diào)理和串行化處理，產(chǎn)生微控制器能夠接受的CMOS兼容信號，適用于工業(yè)、過程控制和樓宇自動化應(yīng)用。器件提供PLC數(shù)字輸入模塊的前端接口電路，內(nèi)部集成了限流、低通濾波和通道串行化處理電路。與傳統(tǒng)的分立電阻分壓方案相比，輸入限流可有效減小現(xiàn)場電源總線的功耗?？蛇x擇的片上低通濾波器靈活地對傳感器輸出進行去抖和濾波。片上串行器極大地減少了用于隔離的光耦數(shù)量。為了提高抗高頻噪聲和快速電氣瞬變干擾能力，器件可生成多位CRC校驗碼，每8位數(shù)據(jù)通過SPI口發(fā)送一次校驗碼。片上5V穩(wěn)壓器可以為外部光耦、數(shù)字隔離器或其它外部5V電路供電。MAX13256(U2)提供隔離、實用的隔離電源方案，支持7.6V至36V直流電源，利用商用TGMR-501V6LFHalo?變壓器(原邊與副邊匝數(shù)比為1:1)和外部板載全橋整流器將其轉(zhuǎn)換為隔離7V至36V直流電源。MAX14850(U3)實現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離，Pmod側(cè)的電壓可為3.3V或5V(用于Nexys3和ZedBoard平臺的Pmod電源輸出固定為3.3V)。MAX31911側(cè)的電壓為5V。得到的組合功率和數(shù)據(jù)隔離為600VRMS。為實用板上隔離電路，將跳線JU1上的短路器移至1–2位置，并在端子TP3和TP4之間施